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[原创] 谈一谈金属材料的应力腐蚀

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王巍
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[复制链接] 只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2017-08-29
谈一谈金属材料的应力腐蚀

金属材料的应力腐蚀开裂，是指在静拉伸力和腐蚀介质的共同作用下导致腐蚀开裂的现象。它与单纯由应力造成的破坏不同，这种腐蚀在极低的应力条件下也能发生；它与单纯由腐蚀引起的破坏也不同，腐蚀性极弱的介质也能引起腐蚀开裂。它往往是没有先兆的进展迅速的突然断裂，容易造成严重的事故。因此它是一种危害性极大的破坏形式。
      按照裂纹发展过程的电化学反应，可以把应力腐蚀分为两个基本类别：阳极反应敏感型和阴极反应敏感型。
      阳极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应力腐蚀裂纹的形成和发展过程是以裂纹处金属的阳极溶解为基础的，裂纹的成长速度也由金属阳极溶解速度决定。
      阴极反应敏感型应力腐蚀，是指这类应反应过程中由于阴极吸氢而造成的脆性破坏，它也称为氢脆型应力腐蚀，也称氢脆。
      通常说的应力腐蚀，指的是阳极反应敏感型应力腐蚀。金属材料发生应力腐蚀的特征，有下面几个特征：
     1、应力
      产生应力腐蚀的应力主要是其中的静态部分，它可以是外加载荷或装配力（例如拧螺栓的力、胀接力等）引起的应力，也可以是构件在加工、热处理、焊接等过程中产生的内应力。不管来源如何，导致应力腐蚀开裂的应力必须有拉伸应力的成分，压缩应力是不会引起应力腐蚀开裂的。此外，这种应力通常是比较轻微的。如果不是在腐蚀环境中，这样小的应力是不会使构件发生机械性的破坏。构成破坏的应力值要根据材料、腐蚀介质等具体情况来确定。
     2、腐蚀介质
       产生应力腐蚀的材料和介质并不是任意的，只有二者是某种组合时才会发生应力腐蚀。引起普通钢应力腐蚀的腐蚀介质有：氢氧化物溶液；含有硝酸盐、碳酸盐、硫化氢的水溶液；海水，硫酸-硝酸混合液；融化的锌、锂；热的三氯化铁溶液；液氨。引起奥氏体不锈钢应力腐蚀的介质有：酸性和中性的氯化物溶液；海水；熔融氯化物；热的氟化物溶液；日的氢氧化物溶液。
       3、材料
       一般认为极纯的金属不产生应力腐蚀破坏，只有在合金或含有杂质的金属中才会发生。
       4、破坏过程
       ⑴孕育阶段。这是在应力腐蚀裂纹产生前的一段时间，为裂纹的成核作准备。
       ⑵裂纹稳定扩展阶段。在应力和腐蚀介质的联合作用下，裂纹缓慢扩展
       ⑶裂纹失稳扩展阶段。这是最后的机械性破坏。
       另外，金属材料的应力腐蚀破裂还有一个特点是金属的开裂与金属本身厚度无关。常见的厚度大腐蚀也慢（均匀腐蚀）的情况在这里不适用。因此，靠增加金属厚度来延缓应力腐蚀破裂几乎是无效的。
        案例分析    
     案例：某化工厂用于贮存30%氢氧化钠的贮罐，直径1.2m，高1.4m，碳钢制作。贮罐筒体外焊有夹套，用于通热水30-50℃，使氢氧化钠溶液保持温度。在北方冬季气温低，改为向夹套内通入蒸汽 (0.2Mpa)。很快发现罐底泄漏。经检查，在罐底碱液出口管周围有放射状裂纹。如果从上面的管口通入蒸汽，则在夹套与筒体焊接处很快发生裂纹。
       分析: 这种腐蚀破坏是典型的碱脆。即受应力的金属材料在氢氧化钠溶液中发生的应力腐蚀破裂。碳钢是容易发生碱脆的一类金属材料。经文献介绍碳钢发生碱脆的氢氧化钠浓度和温度范围。从图看出，对于30%NaOH溶液，当温度超过55℃，就可能使碳钢发生碱脆。在本事例中，当使用30-50℃的热水时，没有腐蚀问题。而通人蒸汽，在蒸汽人口处温度很高，远远超出了55℃这个温度界限。而蒸汽人口处不管上口还是下口，附近又正是焊接应力集中的部位。贮罐发生碱脆破坏就一点不奇怪了。易发生碱脆条件早已人们认知，但几十年来仍有很多碳钢设备发生碱脆破坏，而且明显地是在“破裂区”的环境条件。
    改正措施：对本事例来说，为了防止贮罐发生碱脆，应从设备结构上进行改进，使温度尽可能均匀，避免局部过热，特别是温度较高的部位要避开焊接应力集中的部位。比如有的厂将夹套加热改为盘管加热，就未再发生碱脆破坏。当然，消除焊接应力也是有效的。
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高远的腐蚀
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只看该作者 沙发  发表于: 2021-11-19
楼主，碱脆是阳极反应敏感型应力腐蚀还是阴极呢
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王巍
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只看该作者 板凳  发表于: 2021-11-20
一般的情况下碱脆在这样的条件下属于阳极应力腐蚀腐蚀范畴，主要是裂纹产生在金属表面同时还有金属腐蚀产物存在。实际上我们有时金属在不同的使用条件下应力腐蚀与氢脆同时发生，这样分析起来就比较复杂。但就氢脆一般发生在金属内部同时没有腐蚀产物发生。
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